Термическая устойчивость, кинетика и механизмы распада нанокомпозитных структур в сплавах на основе Al - Рассолов, С.Г.; Свиридова, Е.А.; Максимов, В.В.; Носенко, В.К.; Жихарев, И.В.; Матвеев, Д.В.; Першина, Е.А.; Ткач, В.И. (Металлофизика и новейшие технологии, 2015)
Методами рентгеновской дифрактометрии, просвечивающей электронной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии, измерений электросопротивления и микротвёрдости исследованы термическая устойчивость, кинетика и механизмы процессов распада нанофазных композитов (нанокристаллы Al + остаточная аморфная матрица), образующихся на первой стадии кристаллизации аморфных сплавов Al₉₀Y₁₀, Al₈₇Ni₈Gd₅ и Al₈₆Ni₆Co₂Gd₆. Показано, что максимальные значения микротвёрдости сплавов (3,8—5,4 ГПа) достигаются в аморфно-нанокристаллических структурных состояниях, а степень разупрочнения, обусловленная полной кристаллизацией остаточной аморфной фазы, существенно возрастает при увеличении среднего размера зерна структурных составляющих. Путём совместного анализа кинетических и структурных данных установлено, что вторые стадии кристаллизации в исследованных сплавах происходят по следующим механизмам: гомогенного зарождения и диффузионно-контролируемого роста нанокристаллов метастабильного интерметаллида Al₄Y одновременно с нанокристаллами Al (в Al₉₀Y₁₀), нестационарного зарождения с возрастающей со временем скоростью и контролируемого диффузией на межфазной границе роста кристаллов равновесных интерметаллидов Al₃Ni и Al₂₃Ni₆Gd₄ (в Al₈₇Ni₈Gd₅), а также диффузионно-контролируемого роста нанокристаллов Al, инициированного формированием нанокристаллов неидентифицированного метастабильного интерметаллического соединения (в Al₈₆Ni₆Co2Gd₆). Показано, что величины температурных диапазонов устойчивости двухфазных нанокомпозитных структур и энергий активации их распада коррелируют друг с другом и существенно выше для сплавов, в которых вторые стадии кристаллизации являются завершающими и протекают по механизмам зарождения и роста кристаллов метастабильных или равновесных интерметаллических соединений. Методами Рентґенівської дифрактометрії, просвітної електронної мікроскопії, диференційної сканівної калориметрії, мірянь електроопору і мікротвердости досліджено термічну стійкість, кінетику і механізми процесів розпаду нанофазних композитів (нанокристали Al + залишкова аморфна матриця), що утворюються на першій стадії кристалізації аморфних стопів Al₉₀Y₁₀, Al₈₇Ni₈Gd₅ і Al₈₆Ni₆Co₂Gd₆. Показано, що максимальні значення мікротвердости стопів (3,8—5,4ГПа) досягаються в аморфно-нанокристалічних структурних станах, а ступінь знеміцнення, зумовлена повною кристалізацією залишкової аморфної фази, істотно зростає при збільшенні середнього розміру зерна структурних складових. Шляхом сумісної аналізи кінетичних і структурних даних встановлено, що другі стадії кристалізації в досліджених стопах відбуваються за наступними механізмами: гомогенного зародкоутворення і дифузійно-контрольованого росту нанокристалів метастабільного інтерметаліду Al₄Y одночасно з нанокристалами Al (у Al₉₀Y₁₀), нестаціонарного зародкоутворення із зростаючою в часі швидкістю і контрольованого дифузією на міжфазній межі росту кристалів рівноважних інтерметалідів Al₃Ni і Al₂₃Ni₆Gd₄ (в Al₈₇Ni₈Gd₅), а також дифузійно-контрольованого росту нанокристалів Al, ініційованого формуванням нанокристалів неідентифікованої метастабільної інтерметалевої сполуки (у Al₈₆Ni₆Co2Gd₆). Показано, що величини температурних діяпазонів стійкости двофазних нанокомпозитних структур і енергій активації їх розпаду корелюють між собою й істотно вищі для стопів, у яких другі стадії кристалізації є заключними і перебігають за механізмами зародкоутворення і росту кристалів метастабільних або рівноважних інтерметалевих сполук. Thermal stability, kinetics and decomposition mechanisms of the nanophase composites (Al nanocrystals + residual amorphous matrix) formed at the first crystallization stage of amorphous Al₉₀Y₁₀, Al₈₇Ni₈Gd₅, and Al₈₆Ni₆Co₂Gd₆ alloys are investigated by X-ray diffractometry, transmission electron microscopy, differential scanning calorimetry, and measurements by both electrical-resistance and microhardness techniques. The second crystallization stage is final for the first two amorphous alloys, while the Al₈₆Ni₆Co₂Gd₆ alloy transforms into wholly crystalline state at the third crystallization stage. As shown, the highest values of microhardness (3.8—5.4 GPa) are reached in amorphous—nanocrystalline structural states, and the level of softening, which is caused by complete crystallization of a residual amorphous phase, essentially increases with enlargement of the average grain size of the structural components. By the analysis of the second crystallization stages kinetics, performed within the classical Kolmogorov—Johnson—Mehl—Avrami model, together with the results of structural investigation, it is found that the second crystallization stages in the investigated amorphous alloys occur via three different mechanisms, i.e., by homogeneous nucleation and diffusion-controlled growth of nanocrystals of the metastable intermetallic Al₄Y compound simultaneously with pre-existing Al nanocrystals (in Al90Y10), by transient nucleation with increasing rate and the interface-controlled growth of equilibrium Al₃Ni and Al₂₃Ni₆Gd₄ intermetallics (in Al₈₇Ni₈Gd₅), and by the diffusion-limited growth initiated by formation of nanoscale particles of non-identified metastable intermetallic compound (in Al₈₆Ni₆Co2Gd₆). As shown, the values of the temperature ranges of the two-phase nanocomposite structures’ stability and the activation energies of their decomposition correlate with each other, and both of them are appreciably higher for the alloys, where the second crystallization stages are final and take place by means of mechanisms of nucleation and growth of metastable or equilibrium intermetallic crystals.